07 Juli Faseroptik für die 2-µm-Kilowattklasse
Lasersysteme im 2-Mikrometer-Wellenlängenbereich eröffnen vielfältige Möglichkeiten in der Medizintechnik, Landwirtschaft und Kunststoffbearbeitung. Ein Lasertyp für diese Wellenlänge ist der Thulium-dotierte Faserlaser. Bislang fehlte es an kommerziell verfügbaren Laserquellen, die gleichzeitig eine hohe Strahlqualität, ausreichende Laserleistung und die nötige Zuverlässigkeit im sogenannten Quasi-Continuous-Wave-Betrieb bei Leistungsniveaus um ein Kilowatt bieten. In einem Projekt haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Laser Zentrums Hannover (LZH) neuartige faseroptische Komponenten auf Basis von Triple-Clad-Fasern entwickelt, die eine zuverlässige und wartungsarme Laserarchitektur ermöglichen sollen. Für die Umsetzung des finalen Lasersystems arbeitete das LZH nach eigenen Angaben mit Futonics Laser sowie den südkoreanischen Partnern Coset und dem Korean Photonics Technology Institute zusammen.
Mantelgekoppeltes Pumpen
Die LZH-Forschenden nutzten eine CO2-laserbasierte Bearbeitungstechnologie, um gezielt kleine Bereiche des äußersten Glasmantels der Triple-Clad-Fasern zu entfernen. Damit erlangten sie seitlichen Zugang zur Pumpummantelung. Diese Technik ermöglicht es den Forschenden, Fasern der Pumpdioden seitlich an den Pumplichtmantel, also den inneren Glasmantel, zu schmelzen und so die benötigte Pumpenergie für den Laserprozess bereitzustellen. Zusätzlich entwickelte das Team Mantelmodenabstreifer, die durch CO2-Laserstrukturierung der Triple-Clad-Faser nicht absorbiertes Pumplicht effizient aus dem Fasersystem entfernen.
Pumplichtkoppler für den Einsatz bei 2 µm Wellenlänge. Bild: LZH
Die entwickelten Signal-Pump-Koppler erreichten eine durchschnittliche Kopplungseffizienz von 90,1 % ±2,5 % bei Eingangsleistungen von bis zu 475 W, wobei die zur Verfügung stehende Pumpleistung laut den Forschenden limitierend war. Damit erreichten sie eine Effizienz, die dem Stand der Technik von Kopplern mit herkömmlichen Fasern entspricht. Für Triple-Clad-Fasern, wie sie hier verwendet werden, ist dies eine wesentliche Neuentwicklung, betont das Forschungsteam. Die geringen optischen Verluste deuten laut Forschenden darauf hin, dass die Komponente auch bei deutlich höheren Leistungen betrieben werden kann. Damit wäre es möglich, die angestrebte 1-kW-Leistungsklasse zu erreichen.
Finanzierung
Das Projekt ‚Entwicklung hochleistungsfähiger QCW-2-µm-Faserlaser für medizinische und agrarwirtschaftliche Anwendungen‘ (Decomp) wurde im Rahmen des Eurostars-Programms unter den Förderkennzeichen E!234 und 01QE2206B gefördert.
Quelle: www.lzh.de
Bilder: LZH
Bildunterschrift: Pumplichtfasern lassen sich an Triple-Clad-Fasern schmelzen, um die Kopplungseffizienz zu erhöhen